Ученые создали LiDB: мягкий литий-ионный аккумулятор из гидрогеля – будущее энергетики?

Мир миниатюрных устройств стремительно развивается. Микророботы, имплантируемые медицинские приборы, «умная» одежда — все эти технологии требуют компактных и эффективных источников питания. Ученые из Оксфордского университета представили новый подход к созданию микробатарей, который может стать ключом к энергетической независимости микроскопических устройств. Их разработка — мягкая литий-ионная капельная батарея (LiDB) — открывает широкие перспективы для развития микроэлектроники и микроробототехники.

LiDB собирается из нанолитровых капель шелкового гидрогеля, содержащих активные компоненты батареи — частицы оксида лития-марганца (катод) и титаната лития (анод). Капли, покрытые липидной оболочкой, помещаются в масляную среду, где самоорганизуются в единую структуру. Липидные мембраны между каплями выступают в роли изолятора, предотвращая преждевременное смешивание компонентов.

«Включение» LiDB происходит под воздействием ультрафиолетового излучения: гидрогель затвердевает, липидные мембраны разрушаются, и между электродами устанавливается ионная проводимость. Шелковый гидрогель не только обеспечивает механическую стабильность конструкции, но и обладает высокой ионной проводимостью, благодаря отрицательно заряженным аминокислотам. Кроме того, этот материал биосовместим и биоразлагаем, что важно для применения LiDB в биомедицине.

Уникальность LiDB заключается в миниатюрных размерах и высокой объемной плотности энергии. Уменьшение объема капель увеличивает отношение площади поверхности к объему, что способствует более эффективному протеканию электрохимических реакций. Эксперименты показали, что при уменьшении объема капли в 300 раз объемная емкость LiDB возрастает почти в 30 раз, достигая рекордных значений для полностью гидрогелевых литий-ионных батарей.

Кроме того, LiDB может быть дополнена магнитными частицами никеля, что позволяет управлять ее движением с помощью внешнего магнитного поля. Такая «мобильная» батарея может доставлять энергию к различным компонентам микроустройств, действуя как энергетический курьер в микромире. Демонстрация работы LiDB в масляной и водной средах подтверждает ее потенциал для различных применений.

LiDB — это не просто миниатюрный источник энергии, а многофункциональная платформа, способная интегрировать различные технологические модули. Дальнейшие исследования направлены на увеличение емкости батареи и расширение спектра ее применений, открывая новые возможности для развития микроэлектроники и микроробототехники.